מימו בתקשורת לווין: הזדמנויות ואתגרים

מבוא ל MIMO ב-Wist Communications

מספר רב של טכנולוגיות של Input (MIMO) כבר אבן הפינה של רשתות אלחוטיות מודרניות, המאפשרות רווחים משמעותיים בנתונים באמצעות חישוב וקישור אמינות באמצעות ריבוי מרחבי ומגוון רחב של טכנולוגיות, בעוד MIMO הוא מבוסס היטב במערכות סלולריות ו-Wi-Fi, היישום שלה לתקשורת לווינית התפתח גם כגבול של מחקר ופיתוח.

מימון טכנולוגיות MIMO

מערכות MIMO מעסיקות אנטנה מרובות הן המשדר והן המקלט כדי לנצל את הממד המרחבי של ערוץ הרדיו.שני יתרונות עיקריים מתעוררים: 0spatial multixingFLT:1, אשר מגדיל את שיעור הנתונים על ידי העברת זרמי נתונים עצמאיים בו זמנית, ו-FLT:2spatial VariFLT 3: 3, אשר משפר את אותות החזקים מפני העיוות.

מספר עצום לעומת גיוון ב-Surnel קישורים

עבור לווייני MIMO, האיזון בין ריבוי ומגוון תלוי בגובה המקיפים ותצורת אנטנה. LEO, עם התנועה היחסית שלהם וגבהים נמוכים יותר, יכול לייצר התפשטות זוויתית יותר ומגוון דופלר מאשר מערכות GEO. חוקרים הציעו להשתמש ב- FLT:0dual-CLT:1 כדי ליצור ערוצי חשמל יקר ערך אפילו בתנאי LOS, ביעילות, הדורשים גישה זעירה יותר של גיוון, מאשר אנטנות גבוהה יותר, ללא אנטנות מולקולרית, מאשר אנטומה (אך).

אפשרויות ל MIMO בתקשורת בלוויין

חלוקת MIMO ברשתות לוויין פותחת מספר יתרונות מרכזיים שמטפלים בביקוש הגדל לקיבולת גבוהה, קישוריות אמינה.

שיפור נתונים באמצעות ערכת קישורים וספקות קישורים

היתרון המשכנע ביותר הוא עלייה ישירה ביעילות ספקטרלית.על ידי העברת זרמים מרחביים מרובים, MIMO יכול להכפיל את שיעור הנתונים של קישור לווייני ללא צורך בספקטרום נוסף.עבור לווייני מידע גבוה (HTS) לשרת לקוחות פס רחב, זה מתורגם ליותר ביטים עבור הרץ - מדד קריטי כמו הביקוש לצרכנים עבור הזרמת, שירותי ענן, ועבודה מרחוק כדי להגדיל את תצורת SimS 2x2 (O) לעומת 152x2 קיבולת קישור אחת של 2 קיבולת בודדת תחת ⁇ 4 קיבולת בודדת תחת קיבולת קישור אחת (RM) לעומת 2 קיבולת קודמונלית) לעומת 2 קיבולת קודמונלית תחת קיבולת קודמונלית של 2 ⁇ 4 קיבולת קודמונלית תחת ⁇ 4 קיבולת תגובה אחת של 2 ⁇ 4 קיבולת תגובה אחת של 2 ⁇ 4 ⁇ 4 קיבולת תגובה אחת של מערכת הפעלה אחת של 2 קיבולת תגובה אחת של מערכת בודדת תחת ⁇ 4 ⁇ 4 ⁇ 4 ⁇ 4 ⁇ 4 ⁇ 4 ⁇ 4 קיבולת תגובה אחת ⁇ ⁇ קיבולת תגובה אחת ⁇ קיבולת תגובה אחת קיבולת תגובה אחת קיבולת תגובה אחת קיבולת תגובה אחת קיבולת תגובה אחת ⁇

שיפור של אות אחריות ו Fade Mitigation

אותות לווין רגישים לנפיחות מגשם, עננים, והשתקפות רב-פתים (במיוחד בתרחישים ניידים) טכניקות המגוון של MIMO - מרחב, זמן, תדירות או קיטוב - לספק אדמוניות כי קרבות עמוק דועך. במערכת MIMO, גם אם נתיב אחד של גיוון הוא מואץ, נתיבים אחרים עשויים להישאר בר-קיימא במיוחד עבור Ka-band ו-band-to-to-fing, שבו ניתן לכווץ בין התנגשויות בין כוכבים).

המונחים: Efficient Spectrum Utilization

Spectrum הוא משאב סופי ויקר עבור מפעילי לווייניים. MIMO מאפשר למפעילים להשתמש באותם ערוצי תדר עם הפרדה מרחבית, או בתוך קרן אחת (באטרה-באם MIMO) או על פני מספר רב של דבורים (multi-beam MIMO) טכניקה זו, בשילוב עם ניהול הפרעות מתקדמות, יכול להגביר את היעילות הקיבוצית של ספקטרום עבור מערכות מרובות-beam, עיבוד MIMO בתבנית הקרקע או ביטול יכולת הפעלה גבוהה יותר של ספקטרום, בין ספקטרום, יכול להיות יעיל יותר, בין קיבולת קומפונקציה נמוכה יותר, בין ספקטרום, בין ספקטרום גבוה יותר, יכול להיות יעיל יותר, כלומר, יכול להגביר את יעילות ספקטרום גבוה יותר, בין קיבולת ספקטרום גבוה יותר, יכול להגביר את יעילות ספקטרום רחב יותר, בין אם כיפוף רחב יותר, בין אם כיפוף קיבולת קיבולת קיבולת קיבולת קיבולת קיבולת קיבולת קיבולת קיבולת קיבולת קיבולת קיבולת קיבולת קיבולת קיבולת קיבולת קיבולת קיבולת קיבולת קומפקטית גבוהה יותר.

תמיכה בבקשות מתפתחות: IoT, 5G Backhaul, ומעבר ל- Beyond

MIMO מאפשר לרשתות לוויין לשרת יישומים רגישים ורב-תכליתיים של קישוריות (עבור רשתות 5G שאינן ארציות (NTN) אינטגרציה, MIMO יכול לספק את התפוקה הנדרשת עבור תאים קטנים אחוריים באזורים מרוחקים.באינטרנט של דברים (IoT) תרחישים של טכנולוגיות MIMO מסיביות (hundreds of אנטנה על גבי פלח הקרקע) יכול לשרת בו-אלפים של חיישנים נמוכים עם מורכבות-מיקודמתית, אשר הוכחו-ידי מערכות מתקדמות, אשר גם באמצעות עיבוד אנטנות סטנדרטיות-ידי MIMO-ידי אנטנות (המכונה גם אנטנות סטנדרטיות מתקדמות).

אתגרים של יישום MIMO במערכות לווין

למרות ההבטחה, פריסה מעשית של MIMO על לוויינינים ניצבת בפני מכשולים משמעותיים.התתת הסעיפים הבאים מפרטת את הקשיים הטכניים והמבצעיים העיקריים.

מורכבות חומרה ועלויות

MIMO דורש רשתות תדר רדיו מרובות (RF) - כל אחד עם מגברי חשמל, מסננים וממירים - או שרשרת אחת עם רשתות מחשוב מתוחכמות יותר עבור לווינים, כל רכיב RF נוסף מוסיף משקל, צריכת חשמל וסיכון של כשל.העלות של אלקטרוניקה חסכונית של חשמל מבוזרת חלל, היא הוראות של גודל גבוה יותר מאשר מקבילות יבשתיות.

ערוץ אסטנס ו- Feedback Delays

(הופנה מהדף CSI הוא חיוני עבור MIMO precoding ו decoding. במערכות ארציות, הטייסים מועברים לעתים קרובות, וערכת ערוצים נמאס בחזרה עם מילימטרים של קישורים לווינים, במיוחד GEO, סובלים מזמני עיגול (RTT) של 250 מ"ט שנייה או יותר.עיכוב זה הופך את ההסתגלות סגורה למניעה מהירה יותר עבור ערוצים שונים (או פיזור מהיר יותר) לאמצעי לחימה, אך ורק לחשמל, אך ורק לכדי שינוי מהיר יותר, אך ורק לחשמל, אך ורק לאחר מכן, אם הוא צורך בטכניקות מהירות יותר, אם כן, אם כן, אם כן, אם כן, אם כן, אם כן, אם כן, אם כן, אם כן, אם כן, הוא מסוגל לעקוב אחר לוויינים, או יותר, או יותר.

מרחב מוגבל, משקל וכוח (SWAP)

לווינים פועלים תחת מגבלות SWaP חמורות. לוויין קטן טיפוסי יכול להקצות רק 10-15 ק"ג ו 50-100 W עבור עומס התקשורת.הוספת אלמנטים אנטנה מרובים עם משדרים בודדים משפיע ישירות על תקציבי המונים ואנרגיה.יתר על כן, מערך האנטנה חייב לשרוד שיגור, רכיבה תרמית בוואקום, וקרינה.

איכות הסביבה ושחיתות מינית

ערוץ הלווין בדרך כלל יש רכיב חזק LOS ופיזור מוגבל, כך ריבוי זוויתי מתפשט קטן.זה מוביל לתואם מרחבי גבוה בין אלמנטים אנטנה, אשר מפחית את הדירוג היעיל של ערוץ MIMO.עבור לוויין ישירות מעל פני לוויינים, המעבר זוויתי של נתיבים מאנטנות שונות עשוי להיות רשלנות, מניבה רווח קטן של מספרx. Solutions כוללים באמצעות אנטנות עם מגוון רחב, ניצול של מספר 1F של פעולות לוויינים פשוטים, או לוויינים, כדי לאימוץ מספר 1 לוויינים פשוטים של מספר 1 לוויינים או לוויינים.

בעיות סודיות ושיקום

מערכות MIMO מסתמכות על הפרדה מרחבית של משתמשים; במערכות לוויין, זה יכול ליצור הפרעה בין דבורים או בין לוויינים שונים שיתוף ספקטרום.תיאום שידורים MIMO על פני כמה איימס דורש תזמון מתוחכם ועשוי לדרוש קישורים בין-כוכביים או עיבוד קרקע מרכזי. מנגנוני רגלטוריון (למשל, ITU, FCC) כופים על פליטות מחוץ לפירוק ונדרשים התאמה של רשתות אחרות של קיבולת לוויינים.

סוגים של ארכיטקטורות MIMO עבור מערכות לוויין

לא כל יישום MIMO שווה.בהתאם למסלול הלווין, יכולות מטען, דרישות משתמש, ארכיטקטורות שונות מציגות את הרכישות.

משתמש יחיד MIMO (SU-MIMO)

SU-MIMO מתמקדת בהעלאת שיעור הנתונים עבור מסוף אחד או תחנת קרקע בזמן.זה מתאים ליישומים של תא המטען - למשל, חיבור טלפורט מרחוק לרשת הליבה.ב- GEO, 2×2 או 4 ×4 תצורה יכול להכפיל או quadruple קיבולת קישור. עם זאת, SU-MIMO דורש יחס אות גבוה להשוואה (S) ונמוך, אשר עשוי להיות קשה כדי להשיג.

Multi-User MIMO (MU-MIMO)

MU-MIMO משרת משתמשים מרובים בו זמנית על אותו משאב זמן- ⁇ , המפרקים אותם באופן מרחבי. במערכת רבבים לווינית, כל אחד מהבתים יכול לפעול כמשתמש, ו עיבוד MU-MIMO על פני המערך יכול לבטל התערבות בין-beam.זהו גישה מבטיחה עבור HTS ב Ka-band, שבו מאות של beams coex-based-amforming (GB) לתנועות MIMO כדי לשקף רכזת פשוטה.

MIMO Massive MIMO for Ground Segment

במקום להציב אנטנה רבות על הלוויין, MIMO מסיבי ניתן לפרוס בתחנת הקרקע.טרמינל הקרקע משתמש במערך של עשרות או מאות אלמנטים כדי לעקוב אחר הלוויין ופריד בין לווייניים מרובים שונים מרחביים או דבורים. גישה זו מפשטת את הקטע בחלל וממנף התקדמות החומרה הארצית.עבור קבוצות LEO, MIMO מסיבית מבוססת קרקעית יכולה לשרת לווייניים מרובים לתאי ולטפל ביד כמו השמיים הקדמיים.

כיוונים עתידיים של Outlook ומחקר

MIMO בתקשורת לוויינית הוא פודינג עבור צמיחה כמו טכנולוגיה בוגרת הביקוש וביקוש הסללים.מספרי מחקר וחיפושי פיתוח הם כיום פעילים.

אלגוריתמים ו- Machine Learning

כדי להתגבר על עיכובים של תקשור וגרסאות דינמיות, אלגוריתמים הסתגלותיים אשר לומדים את סטטיסטיקות הערוץ על פני קשקשים זמן ארוכים יותר מפותחים. Reinforcement Learning יכולים לייעל את המעבר בין מצבי מרובות ומגוון, בעוד רשתות עצביות יכולות לחזות אפקטיביות ערוצים מהנתונים ההיסטוריים ופרמטרים המקיפים.FLT:0Deep למידה מבוססת ערוץ estimationof1 הוכיחה בסימולציות, ל- 30%, כדי להפחית את הסימולציות ל-MIMO ל-iOS.

עיצובים קלים

טכנולוגיות אנטנה חדשניות מאפשרות MIMO על לוויינים קטנים.אנטנות מטא-פרצוף, רפוריות, ומבנים מנופחים להפחית במשקל תוך שמירה על רווח.לדוגמה, פרויקט "MIMO-sat" של ESA הראה 4-element בשלב ה-array עם טכנולוגיית לוח מעגלים מודפסת במשקל 2 ק"ג.

שילוב עם 5G/6G Non-Terrestrial Networks

גופי התקנים (3GPP, ITU) מגדירים באופן פעיל את מפרט NTN עבור 5G ו- 6G. MIMO הוא מאפשר מפתח עבור עמידה בשיעורי הנתונים הנדרשים ואמינות ברשתות המשולבות הללו.מערכות העתיד 6G עשויות להתייחס לווינים כחלק מאוחד של רשת הגישה רדיו, עם מרווחי יד בין חסמים ארציים ולוויינים.

אופטית ו היברידית MIMO

קישורים אופטיים של חלל חופשי (FSO) מציעים רוחב פס עצום, אך רגישים להפרעות אטמוספיריות.מערכות היברידיות המשלבות מערכות RF MIMO וקישורים אופטיים יכולים לספק מגוון וקיבולת גבוהה. עקרונות MIMO יכולים גם להיות מיושם על גבי מערךים אופטיים, שבו מספר רב של לייזר הם מרובים מרחבית.למרות עדיין ניסיוני, אופטימ יכול לפתוח קישורים לווייניים tbitera-II עבור קישוריות אחורית.

מסקנה

טכנולוגיית MIMO מציגה נתיב משכנע להגביר את היכולת, האמינות והיעילות הספקטרום של תקשורת לוויינית.ממידע משופר באמצעות מחשב למשתמשים פס רחב כדי להדהות את ההפחתה ותמיכה ב-IoT מסיבי, ההזדמנויות הן משמעותיות.עם זאת, הדרך לפריסה מבצעית היא סטרווט עם אתגרים - חומרה קשה SWAP, estimation latency, מהירויות גבוהות, קורלציה ומגבלות רגולטוריות על מחקר מתמשך, החלמות, מתאמת בהדרגה, תוך כדי אלגוריתמים, החל ממערכות אבטחה, ושינויים מתקדמים, והופכים את האלגוריתמים של מערכות יחסים מתקדמות, כמו גם למכשולים מתקדמים, כמו גם אלגוריתמים, כמו גם אלגוריתמים של מערכות יחסים מתקדמות, והופכים את הגלקסיות אבטחה, והופכים למכשולים מתקדמים, מאשר למערכות יחסים מתקדמות, מאשר למערכות אבטחה, מאשר למערכות יחסים מתקדמות, מאשר אלגוריתמים מתקדמים, מאשר למערכות אבטחה, מאשר למערכות יחסים מתקדמות של מערכות יחסים מתקדמות, מאשר למערכות אבטחה, מאשר למערכות אבטחה, מאשר אלגוריתמים מתקדמים, מאשר אלגוריתמים מתקדמים, מאשר למערכות אבטחה, מאשר למערכות יחסים מתקדמות יותר, מאשר אלגוריתמים של מערכות יחסים מתקדמות של מערכות יחסים מתקדמות, אלגוריתמים של מערכות יחסים מתקדמות, מאשר